冻土成土年龄影响土壤微生物群落对冻土融化的响应

　　全球永久冻土中存储了大量土壤有机碳。全球变暖引起冻土融化，加速土壤有机碳分解，并释放甲烷等温室气体进入大气，形成正反馈效应。微生物活动驱动冻土中有机碳的分解，因此，微生物群落组成及其功能变化能够深刻影响冻土融化过程中的有机质分解和温室气体排放。研究表明，不同年龄冻土的微生物多样性及群落结构存在较大差异，但学界尚不确定对土壤微生物群落影响更大的因素是冻土成土年龄还是融化程度。

　　中国科学院青藏高原研究所生态系统功能与全球变化团队研究员孔维栋等，研究了北极阿拉斯加Barrow半岛不同成土年龄和不同融化程度（活动层、过渡层和永冻层）的冻土土壤微生物多样性和群落结构特征。由于Barrow半岛冻土成土于不同历史时期干枯的湖盆沉积物之上，按冻土年龄划分为四个序列，即年轻（0-50年）、中年（50-300年）、老年（300-3000年）和古老（3000-5000年）。研究显示，活动层冻土的土微生物多样性显著高于其他两个融化程度；年轻冻土的微生物多样性显著高于其他三个年龄段（图1）。此外，仅在年轻（<50年）冻土中，融化显著增加了微生物丰富度；在更古老的冻土中，融化对微生物丰富度的影响则不显著。冻土成土年龄和融化程度均显著影响了微生物群落结构，且两者具有交互作用，但融化程度对微生物群落结构变化的影响更大（图2）。

　　研究人员探究不同冻土年龄中的土壤微生物群落构建过程，发现永冻层和活动层的土壤微生物群落构建过程主要受随机过程驱动，但活动层受决定过程影响更大，说明活动层土壤微生物受环境筛选作用更强（图3）。不同冻土年龄土壤中微生物群落构建主要以随机过程为主，但年龄对其构建过程影响不显著。结构方程模型结果表明，融化程度和冻土年龄均显著影响微生物丰富度，但融化程度的影响更大（图4）；融化程度和冻土年龄均显著影响微生物群落结构，但融化程度的影响更大。此外，冻土融化可直接影响微生物群落结构，也可通过影响土壤有机氮而间接影响群落结构。研究表明，不同成土年龄冻土中的微生物群落对冻土融化的响应不一致，可能导致微生物功能差异，进而影响冻土有机质分解及温室气体排放过程。

　　近日，相关研究成果以Permafrost thawing exhibits a greater influence on bacterial richness and community structure than permafrost age in Arctic permafrost soils为题，发表在The Cryosphere上。青藏高原所副研究员计慕侃为论文第一作者，孔维栋为论文通讯作者。研究工作得到中科院战略性先导科技专项（A类）、中科院前沿科学重点研究计划和国家自然科学基金等的支持。

图1.不同冻土融化程度（A）和冻土成土年龄（B）的微生物丰富度

图2.微生物群落结构在不同冻土融化程度（A）和不同成土年龄冻土（B）的差异